TW201704718A - 結合高及低強度材料之複合織物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供結合高及低強度纖維材料之複合材料。更特定而言，本發明提供適用作戰術背心之輕量背心罩及適用於形成習知模組化輕量裝載裝備(MOLLE)之替代物的複合材料。

Description

結合高及低強度材料之複合織物 相關申請案之交叉引用
本申請案主張同在申請中之於2015年4月24日申請之美國臨時申請案第62/152,396號之權益，其揭示內容以全文引用的方式併入本文中。
本發明係關於結合高與低強度纖維材料之複合材料。更特定而言，本發明係關於適用作戰術背心之輕量背心罩及適用於形成習知模組化輕量裝載裝備(MOLLE)之替代物的複合材料。
諸如防彈背心之人體鎧甲產品通常具備含有隔室或袋之罩，其中安置有防彈材料板。軟人體鎧甲罩包括編織物，例如，由防彈耐綸、棉及/或其他纖維類型製成之編織物。包括背心罩之已知防彈背心之一個實例揭示於美國專利5,398,340中，其提供一種活動人員穿戴時保持在恰當保護位置處之背心。
當前戰術背心之背心外罩通常由耐磨耐綸編織物製造，諸如可購自Invista North America S.A R.L.,Wilmington,DE之通常已知CORDURA®牌耐綸織物及袋附著階梯系統(Pouch Attachment Ladder System；PALS)織帶設計。在習知PALS織帶設計中，重荷耐綸之列精確地縫合於背心或背心罩上，形成可附著附件及容納附件之袋的附著 點之網格。承載裝備及併有PALS織帶設計之裝置稱為模組化輕量裝載裝備或MOLLE，其中可與MOLLE相容之袋及附件可廣泛購得。
儘管具有適用性，但PALS/MOLLE構造大大增加了背心重量且三維PALS網格並未提供流線型移動性。因此，需要習知MOLLE構造之替代物。一種替代物稱為FAVTM高級無網系統(Advanced Webless System；AWS)，其可購自Safariland LLC,Jacksonville,FL。圖1中說明之此AWS替代縫合於背心罩上的習知PALS耐綸織帶網格，該AWS具有併有孔或槽之圖案的織品，該圖案切割於背心罩之織品中且完全穿過背心罩之織品，從而在背心罩本身內提供附著點。參見例如美國專利7,200,871，其描述織片形式之AWS，其具有延伸穿過織片的槽之陣列以容納用於附著MOLLE之綁帶。儘管此AWS結構提供類似於習知三維PALS網格之功能，但認識到，該等槽不會與PALS網格中之附著點一般耐用，且在重複使用後，槽下邊緣處之織品趨向於伸長且下垂。此下垂會降低槽之完整性，從而使得難以將模組化附著件牢固地固定於背心，且可最終導致槽完全撕裂。因此，需要此問題之解決方案，其能夠用於形成此類無網附著系統，該系統在重複使用之後仍具有較大織物強度及長期耐用性，且不會損耗習知耐綸織物之所需耐磨性。本發明提供該需要之一種解決方案。
本發明提供結合高與低強度纖維材料之複合材料，該等材料適用作戰術背心之背心罩，且尤其適用於形成無網模組化附著系統，同時亦適用於傳統PALS/MOLLE系統。特定言之，本發明提供混合型複合結構，其將低韌度、耐磨性織物與較高韌度材料結合在整體整合構造中，該整體整合構造具有經改良之強度及空間穩定性以有效替代或複製PALS/MOLLE附著點之功能。
更特定而言，提供一種複合物，其包含： 包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該第一纖維材料包含韌度為10公克/丹尼爾或小於10公克/丹尼爾之纖維；及黏結於第一纖維材料層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個纖維層，該第二纖維材料包含韌度大於10公克/丹尼爾(g/denier)之纖維；其中第一纖維材料層及第二纖維材料層經黏著劑黏結在一起，該黏著劑滲透至第一纖維材料層中但並未完全滲透第一纖維材料層，且其中第二纖維材料之面積密度低於100g/m2。
亦提供一種複合物，其包含：包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該等層中之每一者包含耐綸纖維；及黏結於第一纖維材料層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個不織布纖維層。
又進一步提供一種形成複合物之方法，該方法包含：a)提供包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該等層中之每一者包含耐綸纖維；b)提供包含一或多個纖維層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個不織布纖維層；及c)用黏著劑且在壓力下將第一纖維材料層黏結於第二纖維材料層，其中黏著劑並未完全滲透第一纖維材料層。
亦提供一種複合物，其包含：包含一或多個纖維層之第一材料層，該第一材料層包含韌度為10公克/丹尼爾或小於10公克/丹尼爾之纖維；及黏結於第一材料層之第二材料層，該第二材料層包含一或多個層，該等層中之每一者包含複數個非纖維條帶；其中第一材料層及第二材料層經黏著劑黏結在一起。
圖1為美國專利7,200,871中所述及說明之先前技術FAVTM高級無網系統的示意性透視圖。
圖2為位於第二纖維材料層上之第一纖維材料層的示意性透視圖，各纖維材料層用正交纖維形成且其中一個層之纖維位於另一層之纖維的-45°/+45°處。
本文所提供之複合物包括兩個或兩個以上不同纖維材料層部分，各部分包含一或多個纖維層。各纖維材料層之纖維層中之每一者包含一或多種纖維，最佳複數種纖維，且視情況在纖維上存在聚合黏合劑材料。最廣泛而言，將具有第一及第二表面之第一纖維材料層及具有第一及第二表面之第二纖維材料層黏結在一起，使得第一纖維材料層之第二表面以黏著方式黏結於第二纖維材料層之第一表面。在另一實施例中，具有第一及第二表面之第三纖維材料層附著於第二纖維材料層，其中第二纖維材料層之第二表面附著於第三纖維材料層之第一表面。
在本發明之各實施例中，第一纖維材料較佳由低拉伸強度纖維製成，而第二纖維材料及視情況選用之第三纖維材料中之每一者由高拉伸強度纖維製成。如本文所用，「纖維」為長材料股線，諸如聚合材料股線，其長度尺寸大大高於寬度及厚度之橫向尺寸。纖維較佳為長連續股線而並非在此項技術中稱為「切段纖維(staple/staple fiber)」之短股線段。根據一般定義，「股線」為單一細長型物，諸如細絲或纖維。用於本發明中之纖維的橫截面可廣泛變化，且其橫截面可為圓形、扁平形或長方形。其亦可具有不規則或規則多葉形橫截面，該橫截面具有一或多個自長絲之線性或縱向軸線伸出的規則或不規則凸起部。因此，術語「纖維」包括具有規則或不規則橫截面之長絲、帶、 條及其類似物。纖維較佳具有實質上為圓形之橫截面。單一纖維可僅由一根長絲或由多根長絲形成。僅由一根長絲形成之纖維在本文中稱為「單絲」纖維(「single-filament」fiber/「monofilament」fiber)，且由複數根長絲形成之纖維在本文中稱為「多絲」纖維。如本文所定義之多絲纖維較佳包括2至約3000根長絲、更佳2至1000根長絲、再更佳30至500根長絲、再更佳40至500根長絲、再更佳約40根長絲至約240根長絲且最佳約120至約240根長絲。多絲纖維在此項技術中亦通常稱為纖維束或長絲束。如本文所用，術語「紗線」定義為由多根長絲組成之單一股線且可與「多絲纖維」互換使用。術語「韌度」係指拉伸應力，其表示為每單位線性密度(丹尼爾)未受應力之試樣的力(公克)。術語「初始拉伸模數」係指以公克力/丹尼爾(g/d)表示之韌度變化與以原始纖維/條帶長度之分率(in/in)表示之張力變化的比率。
術語「丹尼爾」為線性密度之單位，其等於每9000公尺纖維/紗線之質量(公克)。就此而言，形成各層之纖維可具有任何適合纖度。舉例而言，纖維之纖度可為約50至約5000丹尼爾、更佳約200至5000丹尼爾、再更佳約300至約3000丹尼爾且最佳約350至約1000丹尼爾。
如本文所用，纖維材料「層」可包含任何類型之單軸或多軸織物，其包括單向定向或無規定向(亦即氈製)不織布纖維之單層、已整合成單一整體結構之複數個不織布纖維層、編織物單層、已整合成單一整體結構之複數個編織物層、針織物單層或已整合成單一整體結構之複數個針織物層。就此而言，「層」描述具有外部頂(第一)平面表面及外部底(第二)平面表面之一般平面排列。如本文所用，術語「纖維層」係指單向定向纖維之單一陣列、單一編織物、單一針織物或單一氈製織物。各纖維層亦應具有外部頂表面及外部底表面，且複數個「纖維層」描述纖維結構之一個以上層。單向定向纖維之「單層」包 含以單向，實質上平行之陣列對準的纖維排列。此纖維排列類型在此項技術中亦稱為「單帶」、「單向帶」、「UD」或「UDT」。如本文所用，「陣列」描述纖維或紗線之有序排列，但不包括編織物及針織物，且「平行陣列」描述纖維或紗線之有序、並排、共面平行排列。用於「定向纖維」情形下之術語「定向」係指與纖維之對準方向，而非纖維之拉伸方向。術語「織物」描述在存在或不存在層之整合/成型之情況下可包括一或多個纖維層之結構。由單向纖維形成之不織布織物通常包含複數個不織布纖維層，其以實質上共同延伸之方式彼此表面堆疊且整合。當用於本文中時，「單層」結構係指由一或多個個別層組成之任何單體纖維結構，其中多個層已藉由整合或成型技術合併。術語「複合物」係指纖維之組合，視情況存在但較佳具有聚合黏合劑材料。
如本文所用，「高拉伸強度」纖維為韌度為至少10公克/丹尼爾、初始拉伸模數為至少約150公克/丹尼爾或大於150公克/丹尼爾，且斷裂能為至少約8J/g或大於8J/g之纖維，該等參數各藉由ASTM D2256所量測。如本文所用，「低拉伸強度纖維」為韌度低於10公克/丹尼爾之纖維。形成第一纖維材料之纖維的拉伸強度低於形成第二纖維材料之纖維。在較佳實施例中，形成第一纖維材料之各纖維層的纖維中之每一者較佳為韌度低於10公克/丹尼爾、更佳約5公克/丹尼爾至約10公克/丹尼爾且最佳韌度低於7公克/丹尼爾、低於6公克/丹尼爾或低於5公克/丹尼爾之纖維。較高或較低韌度纖維亦適用於形成第一纖維材料，其限制條件為其韌度低於形成第二纖維材料之纖維。
用於形成在此等韌度範圍內之第一纖維材料之適合低韌度纖維包括但不限於耐綸纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、低韌度聚烯烴纖維或其組合。在此等纖維類型中，耐綸纖維為最佳。由此類纖維形成之纖維可廣泛購得。尤其適合者為如上所述的可購自Invista North America S.A R.L.,Wilmington,DE之CORDURA®牌耐綸織物。可獲得在一定纖度及重量範圍內之耐綸織物，諸如CORDURA®牌織物，其在低纖度防撕裂織物(大約30-100丹尼爾)至高纖度防彈織物(大約400-1500丹尼爾)範圍內。用於第一纖維材料之尤佳纖維為纖度為400至2000丹尼爾、更佳約500至約1500丹尼爾且最佳約500至約1000丹尼爾之耐綸纖維。
最佳地，第一纖維材料包含由纖度為約500至1000丹尼爾之耐綸纖維形成之耐綸編織物單層，其中編織密度為每吋至少26根纖維/紗線經線×每吋26根纖維/紗線經線。儘管此類編織物由機械互鎖纖維形成，但此類市售耐綸編織物之至少一個表面上通常塗佈有拒水聚胺基甲酸酯樹脂。就此而言，在背心或背心罩應用中，對耐綸織物必須滿足特定要求，且該等要求由軍事標準MIL-DTL-32439調整，其對包括紗線纖度、織物編織密度及織物面積密度之特性的特定要求視預期鎧甲應用類型而定。因此，儘管第一纖維材料之特性可視應用而變化，但第一纖維材料最佳符合MIL-DTL-32439規格，其易於由熟習此項技術者實現。
第二纖維材料包含高拉伸強度纖維，其韌度較佳明顯高於形成第一纖維材料之纖維。就此而言，形成第二纖維材料之大部分或全部纖維的韌度實質上高於形成第一纖維材料之大部分或全部纖維。「大部分或全部」意謂形成第二纖維材料之纖維中超過50%的韌度大於形成第一纖維材料之纖維中至少50%的韌度。最佳地，第二纖維材料之全部纖維的韌度均大於第一纖維材料之全部纖維。就此而言，形成第一纖維材料及第二纖維材料中之每一者的纖維不包括可用於將任何纖維層或部分縫製或縫合在一起的任何纖維或細絲。
視情況選用之第三纖維材料可包含低拉伸強度纖維或高拉伸強度纖維，但較佳包含高拉伸強度纖維。最佳地，第三纖維材料之全部 纖維為韌度大於第一纖維材料之全部纖維的纖維。第三纖維材料之此類纖維可與形成第二纖維材料之纖維相同或不同。因此，第二纖維材料與視情況選用之第三纖維材料均個別地具有明顯大於第一纖維材料之防彈穿透性，且如上所述，形成第一纖維材料、第二纖維材料及第三纖維材料中之每一者的纖維不包括用於將複數個纖維層或纖維部分縫製或縫合在一起的纖維或細絲。
形成第二纖維材料及視情況選用之第三纖維材料的各纖維層之纖維中之每一者較佳為韌度大於10公克/丹尼爾、更佳至少約15公克/丹尼爾、再更佳至少約20公克/丹尼爾、再更佳至少約27公克/丹尼爾、韌度更佳為約28公克/丹尼爾至約60公克/丹尼爾、再更佳約33公克/丹尼爾至約60公克/丹尼爾、再更佳39公克/丹尼爾或大於39公克/丹尼爾、再更佳至少39公克/丹尼爾至約60公克/丹尼爾、再更佳40公克/丹尼爾或大於40公克/丹尼爾、再更佳43公克/丹尼爾或大於43公克/丹尼爾、或至少43.5公克/丹尼爾、再更佳約45公克/丹尼爾至約60公克/丹尼爾、再更佳至少45公克/丹尼爾、至少約48公克/丹尼爾、至少約50公克/丹尼爾、至少約55公克/丹尼爾或至少約60公克/丹尼爾之纖維。
形成第二纖維材料、視情況選用之第三纖維材料及可附著於第三纖維材料層的任何其他視情況選用之纖維材料中之每一者的纖維層之纖維類型可視各材料所需拉伸特性而變化。尤其適合之高韌度纖維包括聚烯烴纖維，諸如高分子量聚乙烯纖維，尤其超高分子量聚乙烯纖維，及聚丙烯纖維。芳族聚醯胺纖維(尤其對芳族聚醯胺纖維)、聚醯胺纖維、聚對苯二甲酸伸乙酯纖維、聚萘二甲酸伸乙酯纖維、伸展鏈聚乙烯醇纖維、伸展鏈聚丙烯腈纖維、聚苯并噁唑(PBO)纖維、聚苯并噻唑(PBT)纖維、液晶共聚酯纖維、剛性桿纖維(諸如M5®纖維)及玻璃纖維(包括電級玻璃纖維(E-玻璃；具有良好電學特性之低鹼金 屬硼矽酸鹽玻璃)、結構級玻璃纖維(S-玻璃；高強度氧化鎂-氧化鋁-矽酸鹽)及抗性級玻璃纖維(R-玻璃；不含氧化鎂或氧化鈣之高強度矽酸鋁玻璃))亦適合。此等纖維類型中之每一者在此項技術中通常已知。共聚物、嵌段聚合物及以上材料之摻合物亦適合於製造聚合纖維。
用於第二纖維材料及視情況選用之第三纖維材料的最佳纖維類型為高效能纖維，其包括聚乙烯纖維(尤其伸展鏈聚乙烯纖維)、芳族聚醯胺纖維、PBO纖維、液晶共聚酯纖維、聚丙烯纖維(尤其高度定向伸展鏈聚丙烯纖維)、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、玻璃纖維及剛性桿纖維，尤其M5®剛性桿纖維。特定而言，最佳為聚乙烯纖維及芳族聚醯胺纖維。
在聚乙烯之情況下，較佳纖維為分子量為至少300,000、較佳至少一百萬且更佳兩百萬與五百萬之間的伸展鏈聚乙烯。此類伸展鏈聚乙烯(ECPE)纖維可以諸如描述於美國專利4,137,394或4,356,138(其以引用之方式併入本文中)中之溶液紡絲法生長或可自溶液紡絲以形成凝膠結構，諸如美國專利4,413,110；4,536,536；4,551,296；4,663,101；5,006,390；5,032,338；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,746,975；6,969,553；7,078,099；7,344,668及美國專利申請公開案2007/0231572中所述，所有該等專利以引用之方式併入本文中。尤佳纖維類型為由Honeywell International Inc.以商標SPECTRA®出售之聚乙烯纖維中之任一者。SPECTRA®纖維為此項技術中所熟知。其他適用聚乙烯纖維類型亦包括可購自Royal DSM N.V.Corporation,Heerlen,The Netherlands之DYNEEMA® UHMW PE紗線。
用於形成UHMW PE纖維之尤佳方法為能夠製造韌度為至少39公克/丹尼爾之UHMW PE纖維之方法，其中纖維最佳為多絲纖維。最佳 方法包括共同擁有的美國專利7,846,363；8,361,366；8,444,898；8,747,715；以及美國公開案第2011-0269359號中所述之方法，其揭示內容以與此一致之程度以引用之方式併入本文中。此類方法稱為「凝膠紡絲」法，亦稱為「溶液紡絲」，其中形成超高分子量聚乙烯及溶劑之溶液，隨後經由多孔紡絲頭擠出溶液以形成溶液長絲，將溶液長絲冷卻成凝膠長絲，且提取溶劑以形成乾燥長絲。將此等乾燥長絲分組成束，其在此項技術中稱為纖維或紗線。隨後將纖維/紗線拉伸(牽拉)至最大牽拉量以提高其韌度。
較佳芳族聚醯胺(aramid/aromatic polyamide)纖維為熟知的且可購得，且描述於例如美國專利3,671,542中。舉例而言，適用之芳族聚醯胺長絲在商業上由DuPont以商標KEVLAR®製造。在商業上由DuPont,Wilmington,DE以商標NOMEX®製造之聚(間伸苯基間苯二甲醯胺)纖維及在商業上由Teijin Aramid Gmbh,Germany以商標TWARON®製造之纖維；在商業上由Kolon Industries,Inc.,Korea以商標HERACRON®製造之芳族聚醯胺纖維；在商業上由Kamensk Volokno JSC,Russia製造之對芳族聚醯胺纖維SVMTM及RUSARTM及在商業上由JSC Chim Volokno,Russia製造之ARMOSTM對芳族聚醯胺纖維亦適用於本文。
適合PBO纖維可購得且揭示於例如美國專利5,286,833；5,296,185；5,356,584；5,534,205及6,040,050中，該等專利中之每一者以引用之方式併入本文中。適合液晶共聚酯纖維可購得且揭示於例如美國專利3,975,487；4,118,372及4,161,470中，該等專利中之每一者以引用之方式併入本文中，且包括可購自Kuraray Co.,Ltd.,Tokyo,Japan之VECTRAN®液晶共聚酯纖維。適合聚丙烯纖維包括如美國專利4,413,110中所述之高度定向伸展鏈聚丙烯(ECPP)纖維，該專利以引用之方式併入本文中。適合聚乙烯醇(PV-OH)纖維描述於例如美國專利4,440,711及4,599,267中，該等專利以引用之方式併入本文中。適合 聚丙烯腈(PAN)纖維揭示於例如美國專利4,535,027中，該專利以引用之方式併入本文中。此等纖維類型中之每一者為通常已知的且可廣泛購得。M5®纖維係由吡啶并雙咪唑-2,6-二基(2,5-二羥基-對伸苯基)形成且最近由Magellan Systems International,Richmond,Virginia製造，且描述於例如美國專利5,674,969、5,939,553、5,945,537及6,040,478中，該等專利中之每一者以引用之方式併入本文中。術語「剛性桿」纖維不限於此類基於吡啶并雙咪唑之纖維類型，且通常將多種PBO及芳族聚醯胺纖維變種稱為剛性桿纖維。市售玻璃纖維包括可購自AGY,Aiken,South Carolina之S2-Glass® S-玻璃纖維、可購自3B Fibreglass,Battice,Belgium之HiPerTexTM E-玻璃纖維及來自Saint-Gobain,Courbevoie,France之VETROTEX® R-玻璃纖維。
如先前所述，纖維可具有任何適合纖度。第一纖維材料之低韌度纖維的較佳纖維纖度如上文所述，其中500丹尼爾及1000丹尼爾耐綸纖維對於形成第一纖維材料為最佳。第二纖維材料及視情況選用之第三纖維材料之高韌度纖維的較佳纖維纖度可為約50至約5000丹尼爾、更佳約200至5000丹尼爾、再更佳約300至約3000丹尼爾且最佳約350至約1000丹尼爾，其中對於第二纖維材料及第三纖維材料中之每一者，375丹尼爾及400丹尼爾聚乙烯纖維或芳族聚醯胺纖維為最佳。
如先前所述，纖維材料中之每一者，包括第一、第二及第三纖維材料及任何視情況選用之其他纖維層，可個別地包含任何類型之單軸或多軸織物，其包括編織物、由單向定向纖維形成之不織布織物、由無規定向纖維形成之不織布氈製織物或針織物。可使用此項技術中熟知之技術使用任何織物編織形成編織物，該編織諸如平紋編織、足形編織、籃式編織、緞紋編織、斜紋編織、三維編織物及其若干變體中之任一者。平紋編織最為常見且為較佳的，其中纖維以正交0°/90°方向與垂直於緯向(填充)纖維定向的經向纖維編織在一起。在此項技 術中稱為「經緯支數」或「目數」的經向及緯向(填充)支數為編織物密度之量度。平紋編織物可具有相等或不等之經向及緯向支數。就此而言，較佳第一纖維材料之較佳經緯支數在經向及緯向方向中之每一者上為約20根經線/吋至約80根經線/吋、在經向及緯向方向中之每一者上更佳為約25根經線/吋至約70根經線/吋且在經向及緯向方向中之每一者上最佳為約25根經線/吋至約60根經線/吋。較佳第二纖維材料之較佳經緯支數在經向及緯向方向中之每一者上為約15根經線/吋至約70根經線/吋、在經向及緯向方向中之每一者上更佳為約20根經線/吋至約60根經線/吋、在經向及緯向方向中之每一者上再更佳為約20根經線/吋至約50根經線/吋且在經向及緯向方向中之每一者上最佳約25根經線/吋至約40根經線/吋。
針織物結構為由嚙合環組成之構造，其中4種主要類型為經編、拉舍爾經編(raschel)、網編及定向結構。歸因於環結構之性質，前三個類別之針織並不適合，因為其並未充分利用纖維之強度。然而，定向針織結構使用藉由細纖度針織縫線固定在適當位置之直墊紗。歸因於對紗線之交錯作用，該等纖維極直而在編織物中不存在捲曲作用。視設計要求而定，可以單軸、雙軸或多軸方向對此等墊紗進行定向。用於放置承載紗線之特定針織裝備較佳使紗線不會被穿透。
可藉由此項技術中之習知方法形成本發明之不織布單向纖維層。舉例而言，在形成不織布單向纖維層之較佳方法中，將複數個纖維排列成陣列，通常排列為纖維網，其包含以實質上平行單向陣列對準之複數個纖維。在典型方法中，由紗架供應纖維束，且引導其穿過導紗器及一或多個分紗桿而進入準直梳中。在此之後通常用聚合黏合劑材料塗佈纖維。典型纖維束應具有約30至約2000個個別纖維。分紗桿及準直梳使成束纖維分散且鋪展開，從而使其以共面方式並排重組。理想纖維鋪展使得個別長絲或個別纖維在單一纖維平面內彼此相 鄰定位，從而形成纖維之實質上單向平行陣列且無纖維彼此重疊。
亦可藉由此項技術中已知之若干技術中之一者，諸如藉由粗梳法或流體成網、熔噴法及紡絲成網來形成毛氈。毛氈為無規定向纖維之不織布網狀物，較佳地，該等纖維中之至少一者為非連續纖維，較佳為長度在約0.25吋(0.64cm)至約10吋(25.4cm)範圍內的切段纖維。
第二纖維材料及視情況選用之第三纖維材料的織物結構可相對於彼此各為相同或不同的。較佳地，複合製品藉由結合形成混合結構之不同類型織物形成。在一個較佳實施例中，第二纖維材料包含複數個單向不織布纖維層，且第三纖維材料包括且包含複數個編織纖維層。在另一實施例中，第二纖維材料及第三纖維材料之全部纖維層為不織布。在另一較佳實施例中，第二纖維材料之全部纖維層為編織層，且第三纖維材料之全部纖維層為單向不織布層。然而，在各實施例中，最外層第一纖維材料最佳包含一或多個編織纖維層。
在另一尤佳實施例中，第二纖維材料及/或視情況選用之第三纖維材料為編織物，其中組分纖維呈纖維條帶形式，該等纖維如例如共同擁有之美國專利8,263,119；8,697,220；8,685,519；8,852,714；8,906,485中所述，該等專利中之每一者以與此一致之程度以引用之方式併入本文中；以及共同擁有之美國核准前公開案2013-0101787及2014-0260933中所述之纖維及非纖維帶，該等公開案中之每一者以與此一致之程度以引用之方式併入本文中。就此而言，術語「條帶」係指扁平狹窄的材料單體帶，其寬度大於其長度，且平均橫截面縱橫比，亦即在條帶製品之長度上平均化的最大橫截面尺寸與最小橫截面尺寸之比為至少約3：1。條帶可為纖維材料或非纖維材料，其中纖維材料包含一或多根長絲。非纖維條帶材料可例如由聚合物條形成，該等聚合物條藉由切分聚合物膜形成。與纖維類似，條帶可具有任何適合之纖度，較佳纖度為約50至約30,000丹尼爾、更佳約200至10,000丹 尼爾、再更佳約650至約2000丹尼爾且最佳約800至約1500丹尼爾。
無論單向不織布、氈製不織布、編織或針織，當纖維材料層包含複數個纖維層時，可根據此項技術中之習知方法將複數個纖維層合併在一起以形成複合物之各個別部分，之後將全部個別部分一起合併成整體複合製品。就此而言，複數個所選織物/纖維層類型之單一層以共同延伸方式堆疊在彼此之上且合併，亦即整合在一起。當部分(例如第一纖維材料、或第二纖維材料、或第三纖維材料等)包含氈製不織布、編織或針織纖維層時，纖維材料之各部分較佳包括約1至約100個纖維層、更佳約2至約85個纖維層且最佳約2至約65個纖維層。當部分包含複數個單向不織布纖維層時，通常使複數個該等層首先形成2層或4層單向不織布纖維「層」，在此項技術中亦稱為「預浸漬層」，之後將複數個該等「層」或「預浸漬層」結合在一起而形成部分。各「層」或「預浸漬層」通常包括2至約6個纖維層，其通常以0°/90°交叉層合，但可包括如不同應用可需要的多達約10至約20個纖維層，其中該等層亦以交替0°/90°定向交叉層合。當部分(例如第一纖維材料、或第二纖維材料、或第三纖維材料等)包含該等不織布單向纖維「層」時，該部分較佳包含2至約100個纖維層、更佳約2至約85個纖維層且最佳約2至約65個纖維層。第一纖維材料、第二纖維材料、視情況選用之第三纖維材料及任何其他纖維材料中之每一者中的纖維層總數可不同或相同，其中該等層具有任何適合之厚度。此外，各個別部分之個別層亦可保持為未整合的，之後進行單一整合或成型步驟以在單一步驟中將多個未整合之複合部分結合在一起。
尤其就包含複數個單向不織布纖維層之纖維材料而言，此項技術中通常已知將個別纖維層以共同延伸之方式堆疊在彼此之上，使得各纖維層中之單向定向纖維以相對於各相鄰層之縱向纖維方向之非平行縱向纖維方向進行定向。最通常地，纖維層以0°及90°角正交交叉 層合，其中偶數編號層中之纖維角度較佳實質上相同且奇數編號層中之纖維角度較佳實質上相同，但相鄰層可以相對於另一層之縱向纖維方向約0°與約90°之間的幾乎任何角度對準。舉例而言，五層不織布結構可具有以0°/45°/90°/45°/0°或以其他角度定向之層。該等旋轉單向對準描述於例如美國專利4,457,985；4,748,064；4,916,000；4,403,012；4,623,574；及4,737,402中，所有該等專利均在不與此相矛盾之程度上以引用之方式併入本文中。尤其對於包含一或多個編織纖維層之纖維材料而言，形成單一纖維材料之經向及緯向組分纖維亦通常以彼此正交之方式定向。
形成本發明之各纖維材料的纖維較佳，但不必至少部分塗佈有聚合黏合劑材料。聚合黏合劑材料在此項技術中亦通常稱為聚合「基質」材料。此等術語在此項技術中通常已知且描述藉助於固有黏著特徵或在經受熟知熱及/或壓力條件之後將纖維黏合在一起的材料。如本文所用，「聚合」黏合劑或基質材料包括樹脂及橡膠。若存在，則聚合黏合劑/基質材料部分或實質上塗佈個別纖維，較佳實質上塗佈形成纖維層(fiber ply/fiber layer)之個別長絲/纖維中之每一者，或完全囊封形成纖維層之個別長絲/纖維中之每一者。
適合聚合黏合劑材料包括低拉伸模數彈性體材料與高拉伸模數材料。如本文通篇所用，術語拉伸模數意謂彈性模數，對於聚合黏合劑材料，其藉由ASTM D638量測。低或高模數黏合劑可包含多種聚合及非聚合材料。出於本發明之目的，低模數彈性體材料之拉伸模數係在約6,000psi(41.4MPa)或小於6,000psi(41.4MPa)下根據ASTM D638測試程序量測。低模數聚合物較佳為拉伸模數為約4,000psi(27.6MPa)或小於4,000psi(27.6MPa)、更佳約2400psi(16.5MPa)或小於2400psi(16.5MPa)、再更佳1200psi(8.23MPa)或小於1200psi(8.23MPa)且最佳約500psi(3.45MPa)或小於500psi(3.45MPa)之彈 性體。低模數彈性體材料之玻璃轉移溫度(Tg)較佳低於約0℃，更佳低於約-40℃，且最佳低於約-50℃。低模數彈性體材料亦具有較佳為至少約50%，更佳為至少約100%且最佳為至少約300%之斷裂伸長率。如此項技術中所熟知，聚合黏合劑(無論為低模數材料或高模數材料)亦可包括諸如碳黑或二氧化矽之填充物，可經油延伸或可藉由硫、過氧化物、金屬氧化物或輻射硫化系統硫化。
可利用多種材料及調配物作為低模數聚合黏合劑。代表性實例包括聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物聚合物、聚胺基甲酸酯彈性體、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈彈性體、聚(伸丁烯-共-異戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、氟彈性體、聚矽氧彈性體、乙烯共聚物、聚醯胺(在一些纖維類型情況下適用)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯及其組合以及在纖維之熔點以下可固化的其他低模數聚合物及共聚物。不同彈性體材料之摻合物，或彈性體材料與一或多種熱塑性材料之摻合物亦適用。
共軛二烯與乙烯基芳族單體之嵌段共聚物尤其適用。丁二烯及異戊二烯為較佳共軛二烯彈性體。苯乙烯、乙烯基甲苯及第三丁基苯乙烯為較佳共軛芳族單體。併有聚異戊二烯之嵌段共聚物可經氫化以產生具有飽和烴彈性體片段之熱塑性彈性體。聚合物可為A-B-A型簡單三嵌段共聚物、(AB)n型(n=2-10)多嵌段共聚物或R-(BA)x型(x=3-150)徑向組態共聚物；其中A為來自聚乙烯基芳族單體之嵌段且B為來自共軛二烯彈性體之嵌段。許多此等聚合物在商業上由Kraton Polymers,Houston,TX製造且描述於公告「Kraton Thermoplastic Rubber」,SC-68-81中。以商標PRINLIN®出售且可購自Henkel Technologies(以Düsseldorf,Germany為基地)的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物之樹脂分散體亦適用。防彈複合物中所用之習知 低模數聚合黏合劑聚合物包括在商業上以商標KRATON®出售由Kraton Polymers製造之聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物。
高模數剛性材料一般具有大於6,000psi之初始拉伸模數。適用之高模數剛性聚合黏合劑材料包括聚胺基甲酸酯(基於醚與酯二者)、環氧樹脂、聚丙烯酸酯、酚系/聚乙烯醇縮丁醛(PVB)聚合物、乙烯酯聚合物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物以及諸如乙烯酯與鄰苯二甲酸二烯丙酯或苯酚甲醛與聚乙烯醇縮丁醛之聚合物的混合物。可溶於諸如甲基乙基酮之碳-碳飽和溶劑，且在固化時如藉由ASTM D638所量測具有至少約1×106psi(6895MPa)之高拉伸模數的熱固性聚合物亦適用。美國專利6,642,159中所述之黏合劑材料亦適用，該專利之揭示內容以引用之方式併入本文中。然而，相對於高模數黏合劑材料，低模數黏合劑材料為較佳。
最尤其較佳黏合劑材料為極性樹脂或極性聚合物，尤其在軟性材料與剛性材料範圍內拉伸模數在約2,000psi(13.79MPa)至約8,000psi(55.16MPa)範圍內之聚胺基甲酸酯。較佳聚胺基甲酸酯以最佳(但不一定)不含共溶劑之水性聚胺基甲酸酯分散液形式塗覆。該等水性聚胺基甲酸酯分散液包括水性陰離子聚胺基甲酸酯分散液、水性陽離子聚胺基甲酸酯分散液及水性非離子聚胺基甲酸酯分散液。尤佳為水性陰離子聚胺基甲酸酯分散液；水性脂族聚胺基甲酸酯分散液，且最佳為水性陰離子脂族聚胺基甲酸酯分散液，其所有均較佳為不含共溶劑之分散液。其包括水性陰離子聚酯基聚胺基甲酸酯分散液；水性脂族聚酯基聚胺基甲酸酯分散液；及水性陰離子脂族聚酯基聚胺基甲酸酯分散液，其所有均較佳為不含共溶劑之分散液。其亦包括水性陰離子聚醚聚胺基甲酸酯分散液；水性脂族聚醚基聚胺基甲酸酯分散液；及水性陰離子脂族聚醚基聚胺基甲酸酯分散液，其所有均較佳為不含共溶劑之分散液。類似地，水性陽離子及水性非離子分散液之所有相 應變化形式(聚酯基；脂族聚酯基；聚醚基；脂族聚醚基等)為較佳。在100%伸長率下模數為約700psi或大於700psi且尤佳在700psi至約3000psi範圍內之脂族聚胺基甲酸酯分散液為最佳。在100%伸長率下模數為約1000psi或大於1000psi且再更佳約1100psi或大於1100psi之脂族聚胺基甲酸酯分散液為更佳。模數為1000psi或大於1000psi、較佳1100psi或大於1100psi之脂族聚醚基陰離子聚胺基甲酸酯分散液為最佳。
當本發明之纖維材料的確包括黏合劑時，以纖維重量加上黏合劑重量計，構成特定纖維材料之黏合劑之總重量較佳佔約2重量%至約50重量%、更佳約5%至約30%、更佳約7%至約20%且最佳約14%至約20%。較低黏合劑含量適合於編織及針織物，其中以纖維重量加上黏合劑重量計，聚合黏合劑含量大於零但小於10%通常為最佳，但此並不意欲嚴格限制。舉例而言，所製造之酚系/PVB浸漬芳族聚醯胺編織物有時具有約20%至約30%之較高樹脂含量，但約12%含量通常為較佳。就此而言，通常在用聚合黏合劑塗佈編織物之纖維之前進行織物之編織或針織，其中之後用黏合劑浸漬纖維。
已熟知將聚合黏合劑材料塗覆至纖維從而用黏合劑浸漬纖維材料(纖維材料層)之方法且其容易由熟習此項技術者確定。術語「浸漬」在本文中視為與「包埋」、「塗佈」同義或以其他方式塗覆聚合塗層，其中聚合材料擴散至纖維層且並非簡單地位於層之表面上。可利用任何合適塗覆方法來塗覆聚合黏合劑材料且諸如「塗佈」之術語的特定使用並不意欲限於將該聚合黏合劑材料塗覆於長絲/纖維上所用之方法。適用方法包括例如噴塗、擠壓或滾塗聚合物或聚合物溶液於纖維上以及使纖維輸送穿過熔融聚合物或聚合物溶液。實質上塗佈或囊封個別纖維中之每一者且用聚合黏合劑材料覆蓋所有或實質上所有纖維表面積之方法為最佳。
根據本發明，與用於將各個別部分之層彼此接合之方法無關，複合製品之所有部分(亦即第一纖維材料層、第二纖維材料層、視情況選用之第三纖維材料層及任何其他額外視情況選用之纖維材料層)在壓力下(亦即藉由低壓整合/層壓或藉由高壓成型)、用中間黏著劑或藉由採用現有聚合黏合劑塗層作為輔助將不同部分黏結在一起之黏著劑而黏結在一起，其中形成整合整體複合製品。特定言之，此不包括縫製作為將不同部分附著在一起之單獨手段。已發現，藉由黏著劑成型或黏著劑整合將部分黏結在一起將增加不同部分之間的層間強度，其轉化為個別材料層之間的較大剝落強度、整合複合物之較高硬度及整合複合物之較大抗撕裂性。
最佳地，對層進行加壓合併使得用於將第一纖維材料層與第二纖維材料層黏結在一起之黏著劑滲透至第一纖維材料層中。就此而言，黏著劑滲透至第一纖維材料層中意謂黏著劑位於形成至少第一纖維材料層之第一纖維層的纖維上及其之間，該第一纖維材料層之第一纖維層為最接近第二纖維材料層之表面定位的纖維層。然而，黏著劑不應完全滲透第一纖維材料層。黏著劑完全滲透過第一纖維材料層並不合乎需要，因為其將影響第一纖維材料層之最外層表面之外觀，且可能不符合軍事標準MIL-DTL-32439之要求。
舉例而言，可藉由利用用於第二纖維材料之不織布織物達成黏著劑之該滲透而不完全滲透，較佳包含複數個單向定向纖維層之不織布織物，該等層經聚合基質浸漬。在此實施例中，若未在第一及第二纖維材料層之間添加各別黏著劑，則第二纖維材料層之基質將在一定程度上擴散至第一纖維材料層中。若於第一及第二纖維材料層之間添加個別黏著劑，則第二纖維材料層中所存在之基質將在一定程度上阻斷黏著劑擴散至第二纖維材料層中，迫使其部分進入第一纖維材料層中。
在替代性實施例中，當第二纖維材料層包含編織物時，可達成中間黏著劑向第一纖維材料層之滲透。在此等實施例中之一者中，用聚合基質浸漬編織纖維層將起到與不織布織物之基質類似之作用，迫使黏著劑進入第一纖維材料中。在第二纖維材料為編織物之另一實施例中，藉由選擇編織物迫使黏著劑進入第一纖維材料層中，其中第二纖維材料之編織密度大於第一纖維材料之編織密度。特定而言，較佳地，第二纖維材料之編織密度與第一纖維材料層之編織密度之比較佳為至少1.5：1、更佳為至少2.0：1、再更佳為至少2.5：1且最佳為至少3：1。
在第二纖維材料包含基於條帶之編織材料的實施例中，該等基於條帶之編織纖維材料在經向方向帶與緯向方向帶之間具有較小空間，從而降低編織物中經向帶之間及緯向帶之間的空間，從而阻斷整合或成型期間黏著劑之遷移。
儘管最佳使用現有聚合基質或其他現有纖維塗層作為黏著劑使第一纖維材料層及第二纖維材料層之表面以黏著方式直接彼此黏結，但該等層亦可以黏著方式間接彼此黏結，其中使用各別中間黏著劑，包括黏著膜或中間黏著劑織物(諸如黏著劑網或黏著劑紗)或另一類型之中間黏著劑材料將層黏結在一起。就此而言，適合黏著劑包括(但不限於)彈性體材料，諸如聚乙烯、交聯聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物、聚丙烯、丙烯共聚物、聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物聚合物、聚胺基甲酸酯彈性體、聚氯丁二烯、使用此項技術中熟知之一或多種塑化劑(諸如鄰苯二甲酸二辛酯)之塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈彈性體、聚(異丁烯-共-異戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、不飽和聚酯、聚醚、氟彈性體、聚矽氧彈性體、乙烯共聚物、熱塑性彈性體、酚系樹脂、聚縮丁醛、環氧聚合物、苯乙烯嵌段共聚物(諸如苯乙烯- 異戊二烯-苯乙烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯型)及此項技術中通常已知之其他適合黏著劑組合物。其他尤佳黏著劑包括甲基丙烯酸脂黏著劑、氰基丙烯酸酯黏著劑、UV固化黏著劑、胺基甲酸酯黏著劑、環氧黏著劑及以上材料之摻合物。在此等黏著劑中，包含聚胺基甲酸酯熱塑性黏著劑、尤其一或多種聚胺基甲酸酯熱塑性材料與一或多種其他熱塑性聚合物之摻合物的黏著劑為較佳。最佳聚胺基甲酸酯黏著劑包含聚醚脂族聚胺基甲酸酯。該等黏著劑可例如以熱熔物、膜、糊狀物或噴霧形式或以雙組分液體黏著劑形式塗覆。由此等或其他黏著劑聚合物形成之多孔膜以及該等黏著劑聚合物之帶或該等黏著劑聚合物之非連續熔融粉末亦為適合的。
適合之黏著劑網或黏著劑紗包括(但不限於)非連續熱塑性網、有序非連續熱塑性網、不織布非連續黏著劑織物及不織布非連續黏著劑紗。最佳黏著劑網/紗為熱活化不織布黏著劑網，諸如可購自Spunfab,Ltd,Cuyahoga Falls,Ohio之SPUNFAB®(商標註冊於Keuchel Associates,Inc.)。可購自Protechnic S.A.,Cernay,France之THERMOPLASTTM及HELIOPLASTTM網、網狀物及膜亦為適合的。在所有上述材料中，最佳為聚醯胺網，尤其SPUNFAB®聚醯胺網。SPUNFAB®聚醯胺網之熔點通常為約75℃至約200℃，但此並非為限制性的。
當形成個別材料層部分時，且此外當形成將全部纖維材料層結合成單一整體複合製品的本發明之整合複合物時，全部層及/或材料層重疊於彼此之上以形成堆疊體，隨後立即將複數個層整合在一起。可使用此項技術中之習知技術實現將層合併成單層複合結構，該等技術如上所指出，包括經或不經加熱之低壓整合技術與高壓成型技術。
在較佳實施例中，在熱及壓力下，或藉由使個別纖維層之塗層彼此黏著而合併重疊不織布纖維層(單向或氈製)、編織物層、針織物 層或其組合之各堆疊體，從而形成單層單體元件。整合纖維層之方法已所熟知，諸如藉由美國專利6,642,159中所述之方法。儘管在無壓力之情況下可經由乾燥、冷卻、加熱或其組合進行整合，但加壓整合對於使層之黏結達至最佳為較佳。就此而言，整合可在約50℃至約175℃、較佳約105℃至約175℃之範圍內之溫度下且在約5psig(0.034MPa)至約2500psig(17MPa)範圍內之壓力下進行，持續約0.01秒至約24小時，較佳約0.02秒至約2小時。當加熱時，有可能會引起本發明之聚合黏合劑塗層黏著或在未完全熔融之情況下流動。一般而言，若使得聚合黏合劑材料熔融，則需要相對小之壓力來形成複合物，而若僅將黏合劑材料加熱至黏著點，則通常需要較大壓力。如此項技術中所通常已知，整合可在砑光裝置、平板層壓機、壓力機中或在高壓釜中進行。整合亦可藉由在置放於真空下之模具中使材料真空成型來進行。真空成型技術為此項技術中所熟知。最通常地，使用黏合劑聚合物將複數個正交纖維網「膠合」在一起且經由平板層壓機操作以改良黏結之均一性及強度。
可藉由在適合成型設備中在熱及壓力下成型來達成纖維層之高壓合併，該壓力為約50psi(344.7kPa)至約5,000psi(34,470kPa)、更佳約100psi(689.5kPa)至約3,000psi(20,680kPa)、最佳約150psi(1,034kPa)至約1,500psi(10,340kPa)。替代地，可在約5,000psi(34,470kPa)至約15,000psi(103,410kPa)、更佳約750psi(5,171kPa)至約5,000psi且更佳約1,000psi至約5,000psi之較高壓力下進行成型。成型步驟可耗時約4秒至約45分鐘。較佳成型溫度在約200℉(約93℃)至約350℉(約177℃)範圍內，更佳在約200℉至約300℉之溫度下且最佳在約200℉至約280℉之溫度下。使纖維層成型之壓力對所得成型產物之硬度或可撓性具有直接影響。特定言之，其成型壓力愈高，硬度愈高，且反之亦然。除成型壓力之外，纖維層之量、厚度及 組成及聚合黏合劑塗層類型亦直接影響複合物之硬度。
儘管本文所述成型及整合技術中之每一者類似且該等術語在此項技術中通常可互換使用，但如本文所用，「成型」特指藉由在分批方法中黏結纖維層進行合併之方法，而「整合」係指藉由在一般連續方法中黏結纖維層進行合併之方法。此外，在形成平板時，成型通常涉及使用模具，諸如成形模具或配模模具，且未必產生平面產物。一般地，在平板層壓機、雙帶式或雙鋼帶式壓力機、砑光夾壓裝置中或藉由濕式層壓完成整合以產生軟質(可撓性)人體鎧甲織物。此外，如上文所論述，通常在相對高壓力下進行成型，而通常在相對低壓力下進行整合。然而，此並非意欲嚴格限制，且如熟習此項技術者所確定，通常在相對低壓力下進行成型程序，諸如真空成型或高壓釜成型。在任一方法中，適合之溫度、壓力及時間通常視聚合黏合劑塗層材料之類型、聚合黏合劑含量、所用方法及纖維類型而定。
儘管使用黏著性黏結方法來形成多部分複合物，但替代性非黏著性附著方法亦適用於將複數個編織物、針織物或氈製不織布織物合併以形成個別層部分，亦即將個別纖維材料層合併成整體部分(層)，之後將複數個部分(層)合併成單一多部分(多層)整體複合物。舉例而言，可使用3D編織法使複數個編織物彼此互連，諸如藉由將經線及緯線以水平與垂直方式編織成編織物之堆疊體。亦可藉由機械附著使複數個編織物彼此附著，諸如以z方向將纖維縫製/針穿在一起。可採用類似技術合併複數個針織物。氈製纖維層可以機械方式諸如藉由針穿、縫製黏結、水力扭結、空氣扭結、紡黏、紡編或類似方式整合；以化學方式諸如使用黏著劑整合；或以熱學方式用達黏結點之纖維或具有較低熔點之摻合纖維整合。較佳毛氈整合方法為單獨之針穿或繼而進行其他方法中之一者。較佳毛氈為針穿型毛氈。
在存在或不存在視情況選用之第三材料層之情況下，整合第一 材料層及第二材料層之後，獲得如下複合物，如藉由MIL-C-21189裂縫撕裂測試方法所測定，其裂縫抗撕裂度大於約300lbs、較佳大於約400lbs、更佳至少約500lbs或大於500lbs，且最佳至少約600lbs或大於600lbs。特定言之，本發明之整合複合物的裂縫撕裂強度大於單獨耐綸織物之裂縫撕裂強度。整合複合物亦在第一纖維材料層與第二纖維材料層之間展現至少2磅/吋之剝落強度。
纖維層整合/成型以形成個別纖維材料部分之前或之後，或纖維材料層整合/成型以形成本發明之複合製品之前或之後，聚合物膜可附著於纖維材料層中之任一者之表面中之一或多者上。在此等實施例中，尤佳聚合物膜包括(但不限於)熱塑性聚合物層，其包括聚烯烴、聚醯胺、聚酯(尤其聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)及PET共聚物)、聚胺基甲酸酯、乙烯基聚合物、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯辛烷共聚物、丙烯腈共聚物、丙烯酸聚合物、乙烯基聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氟聚合物及類似物，以及其共聚物及混合物，包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)及乙烯丙烯酸。其中，聚烯烴及聚醯胺層為較佳。較佳聚烯烴為聚乙烯。適用聚乙烯之非限制性實例為低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、線性中密度聚乙烯(LMDPE)、線性極低密度聚乙烯(VLDPE)、線性超低密度聚乙烯(ULDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及其共聚物及混合物。該等熱塑性聚合物層較佳極薄，較佳層厚度為約1μm至約250μm，更佳約5μm至約25μm且最佳約5μm至約9μm。儘管該等厚度為較佳，但應瞭解可產生其他厚度以滿足特定需要且仍屬於本發明範疇內。在將個別纖維層或纖維材料層合併在一起之前、期間或之後，可使用熟知技術(諸如熱層壓)將該等熱塑性聚合物層黏結於複合物表面。通常，藉由在充足熱量及壓力之條件下使個別層定位於彼此上以使得該等層結合成整體結構來進行層壓。可在約95℃至約175℃，較佳約105℃至約175℃ 範圍內之溫度下，在約5psig(0.034MPa)至約100psig(0.69MPa)範圍內之壓力下進行層壓，持續約5秒至約36小時，較佳約30秒至約24小時。如熟習此項技術者所瞭解，亦可視情況使用熱膠或熱熔纖維將該等熱塑性聚合物層黏結至複合物表面。此外，作為聚合物膜之替代，纖維材料層之一或多個表面可塗佈有保護塗層，諸如提供拒水特性之塗層。如藉由熟習此項技術者所確定，適合塗層包括(但不限於)天然橡膠、聚氯乙烯、聚胺基甲酸酯、聚矽氧彈性體、氟聚合物及蠟。尤佳抗水聚合物塗層包括(但不限於)基於氟聚合物之塗層，諸如可購自Huntsman LLC,Salt Lake City,Utah之OLEOPHOBOLTM拒水劑，及聚胺基甲酸酯塗層。
當使本發明之複合物形成背心或背心罩製品時，將第一纖維材料層之第一表面定位為對外表面，模組化附件與其相抵而置。就此而言，出乎意料地發現，在合併第一纖維材料層與第二纖維材料層時，當第一纖維材料層之纖維與第二纖維材料層之纖維以+45°及-45°定向時，兩個層之整合結合之空間穩定性明顯改良。當在整合之前將該等層定位在一起時，此可藉由自較大0°/90°織物斜裁出部分或藉由以物理方式將0°/90°織物以相對於另一織物呈+45°/-45°角定向來實現。此較佳纖維定向之示意性實例於圖2(未按比例繪製)中說明。當本發明之複合物用於製造具有如上文所論述之無網構造的防彈背心或背心罩時，尤其需要此纖維層組態。藉由結合低韌度第一織物與高韌度第二織物，且對層進行定向使得高韌度第二纖維材料層之纖維處於第一纖維材料層之0°/90°纖維之+45°/-45°處，改良槽(參見圖1)之耐用性且槽之下邊緣處之織物伸長及下垂趨向實質上降低。
在本發明之最佳實施例中，背心罩製品由如下複合物形成，該複合物包含以下材料，基本上由以下材料組成或由以下材料組成：直接或間接黏結於第二纖維材料層之第一編織耐綸纖維材料層，該第二 纖維材料層包含由複數個聚乙烯纖維或芳族聚醯胺纖維之單向層形成之不織布織物，該第二纖維材料層黏結於第三纖維材料層，該第三纖維材料層包含編織物單層或複數個單向聚乙烯纖維層或單向芳族聚醯胺纖維層，且進一步包括黏著於第三纖維材料層之最外表面的聚合物膜。就此而言，第三纖維材料層之最外表面上的聚合物膜構成背心罩製品之最內層。
為進一步改良本發明之複合物的耐用性且不形成具有過多重量之製品，本發明之各纖維材料部分的面積密度亦較佳為約400g/m2或小於400g/m2、更佳約300g/m2或小於300g/m2、再更佳約200g/m2或小於200g/m2、再更佳約150g/m2或小於150g/m2、再更佳約125g/m2或小於125g/m2、再更佳約115g/m2或小於115g/m2、再更佳約110g/m2或小於110g/m2、再更佳約105g/m2或小於105g/m2、再更佳約100g/m2或小於100g/m2、且最佳約95g/m2或小於95g/m2，其中最佳面積密度範圍為約15g/m2至約95g/m2或約30g/m2至約95g/m2。在一個尤佳實施例中，第一纖維材料層之面積密度為約200g/m2至約400g/m2，且第二纖維材料層之面積密度為約15g/m2至約110g/m2、更佳約30g/m2至約110g/m2。在較佳實施例中，第一纖維材料、第二纖維材料、視情況選用之第三纖維材料及任何其他視情況選用之層或材料之總和產生複合材料，該複合材料之總合併面積密度為約60g/m2至約800g/m2、更佳約100g/m2至約600g/m2且最佳約200g/m2至約500g/m2。
就此而言，最佳第一纖維材料層之面積密度大於全部複合製品之總合併面積密度之50%，尤其在僅包括兩個纖維材料層之複合物中。在一個實施例中，第一纖維材料層之面積密度大於全部結合層之總合併面積密度之約60%。在另一實施例中，第一纖維材料層之面積密度大於全部結合層之總合併面積密度之約70%。在最佳實施例中， 第一纖維材料層佔經結合之全部複合製品層的總合併面積密度之約60%至約75%，且第二纖維材料層佔全部複合製品部分之總合併面積密度的約20%至約30%，且視情況選用之第三纖維材料層(若存在)較佳佔全部複合製品層之總合併面積密度的約5%至約10%。
鑒於上文，具有較大面積密度之材料層不一定比具有較小面積密度之材料層厚。就此而言，厚度在一定程度上視將纖維層整合/成型在一起時所施加之壓力及個別纖維層中之纖維重疊程度而定。各纖維材料部分之厚度一般與個別纖維之厚度及併入複合物中之纖維層之數目相對應。較佳編織物、針織物或氈製不織布織物之較佳厚度為每層約25μm至約600μm，更佳約50μm至約385μm且最佳每層約75μm至約255μm。較佳兩層單向不織布織物複合物之較佳厚度為約12μm至約600μm，更佳約50μm至約385μm且最佳約75μm至約255μm。
以下實例用以說明本發明之較佳實施例：
實例1
藉由將以下各者整合在一起而形成複合物：1)一層編織CORDURA®耐綸織物層，其以具有垂直經向及緯向(填充)纖維(500或1000丹尼爾)之平紋編織樣式編織，且經緯支數為35根經向纖維×28根緯向纖維；及2)預整合兩層不織布織物層，其由0°/90°組態之兩個交叉層合不織布聚乙烯纖維層製成，其中相鄰層中之纖維以90°(或以約90°)彼此縱向定向且整合成單體層。
不織布織物之各層個別地由塗佈有聚胺基甲酸酯黏合劑的單向定向平行SPECTRA®超高分子量聚乙烯纖維之陣列形成。聚乙烯纖維之韌度為37公克/丹尼爾且各纖維層中之樹脂含量為約16%，且不織布織物層之面積密度低於100g/m2。
耐綸編織物與不織布聚乙烯織物層以共同延伸之方式堆疊於彼 此之上，其中耐綸編織物定位在不織布聚乙烯織物之上，使得全部纖維層中之纖維之縱向方向以彼此呈+45°/-45°定向。將4密耳厚熱塑性聚胺甲酸酯黏著膜置於兩種織物之間，隨後藉由在壓板壓力機中在280℉(137.77℃)下以2777psi(19.15MPa)成型15分鐘，或藉由在較溫和條件下，例如在約220℉(104.4℃)至約250℉(121.1℃)之溫度及約100psi(689.5kPa)之壓力下整合而將編織耐綸及不織布聚乙烯一起合併成單體複合製品。
壓製之後，隨後將單體複合製品冷卻至100℉(37.8℃)以下且自壓力機移出，且將兩個纖維材料層黏結在一起，使得聚胺基甲酸酯黏著劑滲透於耐綸編織物中但不會完全將其滲透。隨後將複合製品製成背心罩，其視情況具有一或多個如圖1中所示之槽之陣列。
實例2
重複實例1，不同之處在於複合製品進一步包含附著於預整合之兩層不織布織物層之第三纖維材料層，該第三纖維材料層包含一層編織SPECTRA®超高分子量聚乙烯纖維層。該等SPECTRA®編織物之實例為命名為SPECTRA®織物樣式902、903、904、912、952、955及960之織物，其可購自JPS Composite Materials,Anderson,SC或其他商業編織商，用來自Honeywell International Inc.之SPECTRA®纖維製成。在SPECTRA®不織布織物與SPECTRA®編織物之間塗覆中間黏著劑，且如實例1中所指示將該等層合併。
實例3
重複實例2，其不同之處在於複合製品進一步包含層壓於第三纖維材料層之外表面的線性低密度聚乙烯(LLDPE)之膜。LLDPE膜之厚度為約9μm且面積密度為約8g/m2，從而形成具有以下構造之多層複合製品：耐綸編織物(0°/90°垂直纖維)/+45°單向不織布UHMW PE層/-45° 單向不織布UHMW PE層/PE編織物(0°/90°垂直纖維)/LLDPE膜。
如藉由MIL-C-21189裂縫撕裂測試方法所測定，此整合複合構造之裂縫抗撕裂度大於約300lbs，且耐綸編織物層與不織布聚乙烯織物之間的剝落強度為至少2磅/吋。
儘管已參考較佳實施例特定展示且描述本發明，但一般技術者將容易瞭解在不背離本發明之精神及範疇的情況下可進行各種變化及修改。意欲將申請專利範圍解釋為涵蓋所揭示之實施例，上文已論述之彼等替代物及其所有等效物。

Claims (10)

  1. 一種複合物，其包含：包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該第一纖維材料層包含韌度為10公克/丹尼爾(g/denier)或小於10公克/丹尼爾之纖維；及黏結於該第一纖維材料層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個纖維層，該第二纖維材料包含韌度大於10公克/丹尼爾之纖維；其中該第一纖維材料層及該第二纖維材料層經黏著劑黏結在一起，且其中該第二纖維材料之面積密度低於100g/m2。
  2. 如請求項1之複合物，其進一步包含黏結於該第二纖維材料層之第三纖維材料層，該第三纖維材料層包含一或多個纖維層，該第三纖維材料不同於該第二纖維材料且包含韌度大於10公克/丹尼爾之纖維。
  3. 如請求項2之複合物，其中該第三纖維材料層包含一或多個編織纖維層，且該第二纖維材料包含一或多個不織布纖維層。
  4. 如請求項1之複合物，其中該第二纖維材料包含複數個單向定向纖維層，其中該第二纖維材料之各纖維層中的該等單向定向纖維以相對於該第一纖維材料之各相鄰層的縱向纖維方向之非平行縱向纖維方向進行定向。
  5. 如請求項1之複合物，其中該第一纖維材料層包含耐綸編織物，且其中該第二纖維材料層包含編織纖維帶，該等纖維帶之平均橫截面縱橫比為至少約3：1。
  6. 一種纖維製品，其由如請求項1之複合物形成，其中該製品包含該複合物之片，其視情況具有複數個延伸穿過該片之槽。
  7. 一種複合物，其包含：包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該等層中之每一者包含耐綸纖維；及黏結於該第一纖維材料層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個不織布纖維層。
  8. 如請求項7之複合物，其進一步包含黏結於該第二纖維材料層之第三纖維材料層，該第三纖維材料層包含一或多個纖維層，該第三纖維材料不同於該第二纖維材料且包含韌度大於20公克/丹尼爾之纖維。
  9. 一種形成複合物之方法，其包含：a)提供包含一或多個纖維層之第一纖維材料層，該等層中之每一者包含耐綸纖維；b)提供包含一或多個纖維層之第二纖維材料層，該第二纖維材料層包含一或多個不織布纖維層；及c)用黏著劑且在壓力下將該第一纖維材料層黏結於該第二纖維材料層，其中該黏著劑並未完全滲透該第一纖維材料層。
  10. 一種複合物，其包含：包含一或多個纖維層之第一材料層，該第一材料層包含韌度為10公克/丹尼爾或小於10公克/丹尼爾之纖維；及黏結於該第一材料層之第二材料層，該第二材料層包含一或多個層，該等層中之每一者包含複數個非纖維條帶；其中該第一材料層及該第二材料層經黏著劑黏結在一起。
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